TRANSFERT RADIATIF DANS UN PLASMA DE MELANGE AIR-CUIVRE

Les raies

              Les raies aussi peuvent être atomiques ou moléculaires, pour cette étude nous ne tiendrons pas compte des raies moléculaires. En effet, les raies émises par les molécules ou bandes moléculaires peuvent-être négligées. Lorsque le plasma atteint une certaine température (aux alentours de 7000K) [9], la majorité des molécules présentes dans le plasma est dissociée et les rayonnements émis par les quelques molécules stables peuvent être négligés. Nous resterons donc pour l’instant sur les raies atomiques. Lorsqu’un atome neutre ou chargé se trouve dans  un état excité, ce dernier tend toujours à revenir à un niveau d’énergie inférieur jusqu’à atteindre son état fondamental. Ladifférence d’énergie est émise sous forme de photon pour une longueur d’onde bien définie 𝜆 , d’où le profil des raies sous forme de pic.

Le chevauchement des raies

                  L’une des problèmes qu’il faut tenir compte pour ne pas fausser les résultats est le chevauchement des raies. C’est le même principe que pour la superposition des raies et des continuums mais cette fois, c’est entre les raies eux-mêmes. En effet, une raie émise sur une longueur d’onde donnée rayonne aussi sur les longueurs environnantes, à cause de son élargissement. Ainsi, si plusieurs raies sont assez proches les unes des autres, les longueurs d’ondes qui les entourent reçoivent chaque contribution de chaque raie changeant ainsi le profil réel des raies. Le chevauchement des raies est souvent négligé pendant les calculs du fait qu’il rend les calculs plus compliqués. Les deux figures suivantes ne sont que des figures représentatives du phénomène de chevauchement des raies, les figures plus précises et représentant le plasma d’air-cuivre sont affichées dans les résultats. Comme le montrent ces deux figures, un point d’une raie se trouvant à un profil P1 se trouvera au profil P2 quand les chevauchements des raies sont pris en compte.

Notion de facteur de fuite

              Le facteur de fuite détermine l’absorption d’une raie dans le plasma. Sa valeur est comprise entre 0 et 1 : égale à 0 si la raie est totalement absorbée et 1 si elle ne subit aucune atténuation. Utiliser le facteur de fuite consiste à isoler chaque raie et ne tient donc pas compte des chevauchements des raies. Il simplifie donc le calcul de CEN. Cependant, négliger les chevauchements des raies revient à négliger tous les effets engendrés par les chevauchements et donc à fausser les résultats. Nous verrons plus clairement ces effets engendrés. Dans cette étude, nous tiendrons compte des chevauchements pour des résultats plus précis, ce qui fait sa particularité.

ELARGISSEMENTS ET DEPLACEMENTS DE QUELQUES RAIES

                   Les résultats obtenus sont pour un plasma composé de 90% d’air et 10% de cuivre et sous une pression atmosphérique P=1bar. Pour les calculs des élargissements et déplacements, deux raies pour chaque élément sont prises comme exemple : une raie fondamentale c’est-à-dire une raie qui, à un état excité, descend directement à son état fondamental et une raie non fondamentale.
INTERPRÉTATION : Les élargissements doppler qui dépendent uniquement de la longueur d’onde de la raie et de la température croient à mesure que les valeurs de ces deux paramètres augmentent. Quant aux élargissements de résonnance, ils sont très faibles pour le cas de tous ces raies, les transitions couplées au niveau fondamental avec un atome identique sont donc très rares pour ces atomes à ces longueurs d’onde. Pour les élargissements de Van Der Waals, leurs diminutions en fonction de l’augmentation de la température sont très remarquables. Ces diminutions s’expliquent par la diminution de la densité des perturbateurs (atomes neutres) due aux ionisations. Et c’est pareil pour le déplacement des raies. Pour les élargissements et déplacements de Stark, ils augmentent de 5000K à 20000K puis diminuent légèrement jusqu’à 30000K. Cette variation a exactement la même allure que la variation de la densité électronique en fonction de la température (figure 9). En résumé, les déplacements et élargissements lorentziens varient en fonction de la température qui influe sur la densité des éléments présents dans le plasma. Pour une température inférieure à environ 10000K, les atomes neutres sont prépondérants dans le plasma ce qui fait que dans cet intervalle de température, les élargissements et déplacements de Van Der Waals et de résonnance déterminent les lorentziens. Et à partir de 10000k, les électrons et les cations dominent le plasma, c’est pourquoi les élargissements et déplacements de Stark sont ceux qui définissent les lorentziens. Les autres élargissements et déplacement de pression sont aussi négligeables que la densité des atomes à partir de 10000K.

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Table des matières

INTRODUCTION
Chapitre 1 : GENERALITES ET ETUDES THEORIQUES
1.1. Généralités sur le plasma
1.1.1. Définition
1.1.2. Classification des plasmas
1.2. Généralités sur le rayonnement
1.2.1. Définition
1.2.2. Etude de rayonnement
1.2.3. Quelques grandeurs liées au rayonnement
1.2.4. Le rayonnement d’un corps noir
Chapitre 2 : MECANISME DE RAYONNEMENT
2.1. Le rayonnement continu ou continuum
2.1.1. Le continuum atomique
2.1.2. Le continuum moléculaire
2.2. Les raies
2.3. L’élargissement et le déplacement des raies
2.3.1. L’élargissement naturel
2.3.2. L’effet Doppler
2.3.3. L’effet de pression
2.4. Le profil de Voigt
2.5. Le chevauchement des raies
Chapitre 3 : RESOLUTION DE L’EQUATION DE TRANSFERT RADIATIF
3.1. L’équation de transfert radiatif (ETR)
3.2. Les méthodes pour résoudre l’ETR
3.2.1. La méthode du Coefficient d’Emission Nette (CEN)
3.2.2. Les méthodes basées sur le coefficient moyen d’absorption (CMA)
Chapitre 4 : CALCUL DU COEFFICIENT TOTAL D’ABSORPTION (CTA)
4.1. La composition du plasma
4.2. Les élargissements et déplacements de quelques raies
4.3. Représentation des chevauchements des raies (profil Voigt)
4.4. Le coefficient total d’absorption
CONCLUSION
Références bibliographiques
ANNEXE

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